(57)【要約】【課題】触媒床温度の過剰な上昇を防止することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っているか否かを判定し（ステップＳ１０１）、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅに基づき、触媒床温度etempcatを推定し（ステップＳ１０２）、マップからエンジンの運転状態がスカベンジング領域に含まれているか否かを判定し（ステップＳ１０３）、マップからスカベンジング量を算出し（ステップＳ１０４）、マップから、触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出し（ステップＳ１０６）、この値と、予め設定されている設定温度とを比較して、補正触媒床温度が設定温度を上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。【選択図】図３
2013221427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気浄化用の触媒担体を有する内燃機関の制御装置であって、
前記触媒担体の触媒床温度を推定する触媒床温度推定部と、
前記内燃機関の運転状態がスカベンジング領域に含まれていることを条件として、吸気空気のスカベンジング量を算出するスカベンジング量算出部と、
前記スカベンジング量に応じた触媒床温度上昇分を求めるとともに、前記触媒床温度に前記触媒床温度上昇分を加算する触媒床温度補正部と、
前記触媒床温度に前記触媒床温度上昇分を加算した補正触媒床温度が、予め設定した設定温度を上回っていることを条件として、前記内燃機関の前記排気温度を低下させる触媒床温度制御部とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
実測気圧を標準気圧で除算して高地補正係数を算出する高地補正係数算出部を有し、
前記触媒床温度補正部は、前記触媒床温度上昇分を前記高地補正係数で除算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記触媒床温度制御部は、前記補正触媒床温度が、前記設定温度を上回っていることを条件として、前記内燃機関への燃料噴射量を増量し、燃焼室における混合気をリッチ状態とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載する内燃機関においては、触媒としてプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を担持させた触媒担体を用いて、内燃機関から送出される排気に含まれている炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等の物質を浄化するようにしている。
【０００３】
触媒担体は、セラミックスを素材とするハニカム構造体であり、触媒担体の内部には、触媒担体における一端面から他端面に向けて排気が通過し得る排気流路が、多数形成されている。
排気中の炭化水素は、触媒によって水（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化され、排気中の一酸化炭素は、触媒によって二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化され、排気中の窒素酸化物は、触媒によって窒素（Ｎ2）に還元されるようになっている。この触媒担体は、内燃機関の排気通路に組み込まれている。
【０００４】
また、車両に搭載する内燃機関には、過給機、ウェイストゲートバルブ、および吸気・排気可変動弁機構（Variable Valve Timing-intelligent：以下、ＶＶＴという）を装備したものがある（例えば、特許文献１参照）。
過給機は、内燃機関の気筒から送出される排気の運動エネルギーを回転運動に変換するタービンと、タービンにより駆動されて空気を内燃機関の気筒に送給するコンプレッサとを有している。
ウェイストゲートバルブは、過給機におけるコンプレッサから内燃機関の気筒に付与される吸気圧が高くなり、過給機におけるタービンに一定以上の排気圧が掛かった場合に、排気の一部がタービンを通らないように、タービンの下流側へ迂回させる役割を担っている。これにより、過給機自体の回転数が制御され、安定した吸気圧が得られるとともに、内燃機関や過給機が保護されるようになっている。
さらに、ＶＶＴを装備した内燃機関は、吸気バルブと排気バルブとの双方が開放状態となる期間の長さを調整することができるようになっている。この吸気バルブと排気バルブとの双方が開放状態となる期間の長さは、バルブオーバーラップ量と呼ばれている。
【０００５】
特許文献１に開示されている内燃機関においては、加速時や登坂時のように、内燃機関が低回転高負荷状態で運転されると、コンプレッサから内燃機関の気筒に付与される吸気圧が高くなり、吸気圧が背圧を上回ることがある。
さらに、バルブオーバーラップ量が一定値以上である場合、吸入空気が吸気通路から内燃機関の気筒を経て排気通路へ吹き抜ける状態（以下、スカベンジングという）になる。このときに、ウェイストゲートバルブが閉状態であると、気筒を経て排気通路へ吹き抜ける排気の全量がタービンに流入し、コンプレッサを効率よく駆動することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９０７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、内燃機関においてスカベンジングが発生すると、排気に含まれている未燃の炭化水素や一酸化炭素と、吸入空気に含まれている酸素とが、気筒から排気通路へと流れ、これらが触媒により反応する。このため、触媒床温度が過剰に上昇し、触媒担体に担持されている触媒が劣化することが懸念される。
【０００８】
本発明は、上述したような従来の問題を解決するためになされたもので、触媒床温度の過剰な上昇を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するため、（１）排気通路に排気浄化用の触媒担体を有する内燃機関の制御装置であって、前記触媒担体の触媒床温度を推定する触媒床温度推定部と、前記内燃機関の運転状態がスカベンジング領域に含まれていることを条件として、吸気空気のスカベンジング量を算出するスカベンジング量算出部と、前記スカベンジング量に応じた触媒床温度上昇分を求めるとともに、前記触媒床温度に前記触媒床温度上昇分を加算する触媒床温度補正部と、前記触媒床温度に前記触媒床温度上昇分を加算した補正触媒床温度が、予め設定した設定温度を上回っていることを条件として、前記内燃機関の前記排気温度を低下させる触媒床温度制御部とを備えている。
【００１０】
この構成により、本発明に係る内燃機関の制御装置は、触媒床温度を推定し、次いで、内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態がスカベンジング領域に含まれていることを条件として、吸気空気のスカベンジング量を算出し、スカベンジング量に応じた触媒床温度上昇分を求めるとともに、触媒床温度に触媒床温度上昇分を加算する。
さらに、内燃機関の制御装置は、触媒床温度に触媒床温度上昇分を加算した補正触媒床温度が、予め設定した設定温度を上回っていることを条件として、内燃機関の排気温度を低下させる。これにより、触媒担体に担持されている触媒の劣化を抑制することができる。
【００１１】
また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置は、（２）実測気圧を標準気圧で除算して高地補正係数を算出する高地補正係数算出部を有し、前記触媒床温度補正部は、前記触媒床温度上昇分を前記高地補正係数で除算するように構成されている。
【００１２】
この構成により、本発明に係る内燃機関の制御装置は、実測気圧に基づき、高地補正係数を算出し、触媒床温度上昇分を高地補正係数により補正するので、内燃機関を搭載した車両が存在している地点における触媒床温度上昇分を的確に求めることができる。
【００１３】
さらに、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記触媒床温度制御部は、前記補正触媒床温度が、前記設定温度を上回っていることを条件として、前記内燃機関への燃料噴射量を増量し、燃焼室における混合気をリッチ状態とするように構成されている。
【００１４】
この構成により、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室における混合気をリッチ状態にして、内燃機関の排気温度を低下させる。これにより、触媒担体に担持されている触媒の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、触媒床温度の過剰な上昇を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置が適用されるエンジンを示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置の作動を示すフローチャートである。
【図４】エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ＬＤｅとの関係を表すマップである。
【図５】バルブオーバーラップ量Δｔと吸入空気のスカベンジング量Gascaとの関係を表すマップである。
【図６】吸入空気のスカベンジング量Gascaとスカベンジングによる触媒床温度上昇分etempcatscaとの関係を表したマップである。
【図７】本発明の実施形態２に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る内燃機関の制御装置の作動を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態２に係る内燃機関の制御装置の作動を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態１）
図１、図２は、本発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置を示すものである。この内燃機関の制御装置が適用されるエンジン１０は、電子制御ユニット（Electric Control Unit：以下、ＥＣＵという）６０を有しており、ＥＣＵ６０は、エンジン１０の各部を制御するようになっている。
【００１９】
本実施形態におけるエンジン１０は、多気筒・筒内噴射式内燃機関であり、図１に示すように、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２を締結している。シリンダブロック１１には、複数の気筒１３が形成されており、各気筒１３には、ピストン１４がそれぞれ上下移動自在に収納されている。
また、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５を締結している。このクランクケース１５の内部には、クランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
そして、シリンダブロック１１における気筒１３の内周面と、シリンダヘッド１２の下面と、ピストン１４の頂面とによって燃焼室１８を形成している。さらに、クランクケース１５の底部には、エンジン１０の各部に供給されるオイルが貯留されている。
【００２０】
シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に連通する吸気ポート１９および排気ポート２０が形成されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１９の下端を開閉して、エンジン１０の外部から燃焼室１８への燃焼用空気の導入を制御する吸気バルブ２１と、排気ポート２０の下端を開閉して、燃焼室１８からエンジン１０の外部への排気の排出を制御する排気バルブ２２とが取り付けられている。
吸気バルブ２１および排気バルブ２２は、軸方向に移動し得るようにシリンダヘッド１２に支持され、バルブスプリング（図示せず）により、吸気ポート１９および排気ポート２０を閉止する方向、すなわち、図１において上方に付勢されるようになっている。
【００２１】
さらに、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４が回転自在に支持されている。
吸気カムシャフト２３には、吸気カム２５が嵌着されており、この吸気カム２５の外周面は、吸気バルブ２１の上端部に摺動可能に接している。排気カムシャフト２４には、排気カム２６が嵌着されており、この排気カム２６の外周面は、排気バルブ２２の上端部に摺動可能に接している。
【００２２】
クランクシャフト１６に嵌着したクランクシャフトスプロケット（図示せず）と、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４の双方に嵌着した各カムシャフトスプロケット（図示せず）には、無端状のタイミングチェーン（図示せず）が掛け回されている。
これにより、クランクシャフト１６の回転に連動して、吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が回転し、吸気カム２５および排気カム２６が、バルブスプリングに抗して吸気バルブ２１および排気バルブ２２を、吸気ポート１９および排気ポート２０を開放する方向、すなわち、図１において下方へ押すようになっている。
【００２３】
本実施形態におけるエンジン１０は、いわゆる、４サイクルエンジンである。
ピストン１４の往復動によってクランクシャフト１６が回転し、クランクシャフト１６に連動して吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５とバルブスプリングとが、吸気バルブ２１を所定のタイミングで移動させ、排気カム２６とバルブスプリングとが、排気バルブ２２を所定のタイミングで移動させるようになっている。
【００２４】
つまり、吸気バルブ２１および排気バルブ２２が所定のタイミングで移動することで、吸気ポート１９および排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８とを連通させ、また、燃焼室１８と排気ポート２０とを連通させるようになっている。
前述したクランクシャフトスプロケットに対するカムシャフトスプロケットの減速比は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４が１回転（３６０度）するように、２：１に設定されている。
すなわち、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行し、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４が１回転するようになっている。
【００２５】
シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に燃料を直接的に噴射し得るインジェクタ２７と、燃焼室１８において火花放電を発生させ得る点火プラグ２８とが取り付けられている。
インジェクタ２７は、燃料噴射量を調整するためのニードルバルブと、ＥＣＵ６０からの信号よってニードルバルブを開閉するソレノイドとを有している。ニードルバルブの燃料流入口には、燃料ポンプ（図示せず）から燃料が、所定の圧力で送給されるようになっている。
インジェクタ２７におけるニードルバルブが開くと、インジェクタ２７から燃焼室１８に噴射される燃料と、吸気ポート１９を経て燃焼室１８に流入した空気と混ざり合い、混合気を形成するようになっている。このエンジン１０では、圧縮行程が完了する直前で、燃料の噴射を行うようにしている。
点火プラグ２８は、プラチナやイリジウム合金により形成された電極を有している。この電極には、ＥＣＵ６０によって電圧が印加されるようになっている。そして、電極は、電圧が印加されると火花放電が発生し、燃焼室１８の混合気が着火するようになっている。火花放電の発生は、圧縮行程の完了時に行うようにしている。
【００２６】
エンジン１０は、運転状態に応じて吸気バルブ２１および排気バルブ２２を最適な開閉タイミングに制御するためのＶＶＴ２９、３０を備えている。ＶＶＴ２９、３０は、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４の軸端部に設けたＶＶＴコントローラ３１、３２によって構成されており、ＶＶＴコントローラ３１、３２は、進角室および遅角室（図示せず）を有している。
また、ＶＶＴコントローラ３１、３２には、進角室あるいは遅角室に択一的に油圧を付与し得るオイルコントロールバルブ３３、３４が付属しており、オイルコントロールバルブ３３、３４は、ＥＣＵ６０からの信号に基づき作動するようになっている。
これらオイルコントロールバルブ３３、３４からＶＶＴコントローラ３１、３２の進角室または遅角室に油圧が付与されると、カムスプロケットに対するカムシャフト２３、２４の位相が変更され、吸気バルブ２１および排気バルブ２２の開閉時期を進角または遅角することができるようになっている。つまり、ＶＶＴ２９、３０は、吸気バルブ２１および排気バルブ２２の作用角（開放期間）を一定とし、その開閉時期を進角または遅角するようになっている。
また、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４には、これらの回転位相を検出するためのカムポジションセンサ３５、３６が設けられており、カムポジションセンサ３５、３６が得た吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４の回転位相の情報は、信号としてＥＣＵ６０に出力されるようになっている。
【００２７】
エンジン１０は、図２に示すように、エンジン１０の外部から各気筒１３のそれぞれに空気を送給するための吸気通路３７と、各気筒１３のそれぞれから排気をエンジン１０の外部へ送出するための排気通路３８と、各気筒１３から送出される排気の圧力を利用して各気筒１３に空気を押し込む過給機３９とを備えている。
吸気通路３７は、第１の吸気管３７ａ、第２の吸気管３７ｂおよび第３の吸気管３７ｃを有している。排気通路３８は、第１の排気管３８ａ、第２の排気管３８ｂおよび第３の排気管３８ｃを有している。
また、過給機３９は、排気の運動エネルギーを回転運動に変換するタービン３９ａと、タービン３９ａにより駆動されて空気を圧縮するコンプレッサ３９ｂとで構成されている。
【００２８】
第１の吸気管３７ａにおける空気流通方向上流端には、エンジン１０の気筒１３へ送給する空気を清浄するためのエアクリーナ４０が取り付けられ、また、第１の吸気管３７ａにおける空気流通方向下流端は、過給機３９におけるコンプレッサ３９ｂの空気吸入口に接続されている。そして、第１の吸気管３７ａには、吸気量検出手段であるエアフローセンサ４１と、吸気温度検出手段である温度センサ４２とが設けられている。
第２の吸気管３７ｂにおける空気流通方向上流端は、過給機３９におけるコンプレッサ３９ｂの空気吐出口に接続され、また、第２の吸気管３７ｂにおける空気流通方向下流端は、空気冷却手段であるインタークーラ４３の空気入口に接続されている。
第３の吸気管３７ｃの空気流通方向上流端は、インタークーラ４３の空気出口に接続され、また、第３の吸気管３７ｃの空気流通方向下流端は、シリンダヘッド１２における吸気ポート１９に接続されている。そして、第３の吸気管３７ｃには、吸気量調整手段であるスロットルバルブ４４と、吸気圧検出手段である吸気圧センサ４５とが設けられている。
【００２９】
エアフローセンサ４１は、第１の吸気管３７ａにおける吸気量に応じた信号を、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。温度センサ４２は、第１の吸気管３７ａにおける吸気温度に応じた信号を、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。インタークーラ４３は、過給機３９におけるコンプレッサ３９ｂにより昇圧された空気を冷却する役割を担っている。
スロットルバルブ４４には、バルブ開度を調整するためのスロットルバルブアクチュエータ（図示せず）が付属しており、スロットルバルブアクチュエータは、ＥＣＵ６０からの信号に基づき作動するようになっている。吸気圧センサ４５は、第３の吸気管３７ｃにおける吸気圧に応じた信号を、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００３０】
第１の排気管３８ａにおける排気流通方向上流端は、シリンダヘッド１２における排気ポート２０に接続され、また、第１の排気管３８ａにおける排気流通方向下流端は、過給機３９におけるタービン３９ａの排気流入口接続されている。
第２の排気管３８ｂにおける排気流通方向上流端は、過給機３９におけるタービン３９ａの排気送出口に接続され、また、第２の排気管３８ｂにおける排気流通方向下流端は、排気浄化手段である触媒コンバータ４６の排気入口に接続されている。
第３の排気管３８ｃにおける排気流通方向上流端は、触媒コンバータ４６の排気出口に接続され、また、第３の排気管３８ｃにおける排気流通方向下流端には、排気音を低減させるためのマフラー（図示せず）が取り付けられている。
【００３１】
触媒コンバータ４６は、触媒として例えば、プラチナ、パラジウム、ロジウム等を担持させた触媒担体４６ａと、触媒担体４６ａを収納するケース４６ｂとで構成されている。触媒担体４６ａは、セラミックスを素材とするハニカム構造体であり、触媒担体４６ａの内部には、触媒担体４６ａにおける一端面から他端面に向けて排気が通過し得る排気流路が、多数形成されている。
これにより、排気流路を通過する排気に含まれている炭化水素は、触媒によって水と二酸化炭素に酸化され、排気流路を通過する排気に含まれている一酸化炭素は、触媒によって二酸化炭素に酸化され、排気流路を通過する排気に含まれている窒素酸化物は、触媒によって窒素に還元されるようになっている。
【００３２】
さらに、第１の排気管３８ａには、バイパス管４７の排気流通方向上流端が接続され、第２の排気管３８ｂには、バイパス管４７の排気流通方向下流端が接続されている。そして、バイパス管４７には、ウェイストゲートバルブ４８が設けられている。
ウェイストゲートバルブ４８は、過給機３９におけるコンプレッサ３９ｂからエンジン１０の気筒１３に付与される吸気圧が高くなり、タービン３９ａに一定以上の排気圧が掛かった場合に、排気の一部がタービン３９ａを通らないように、タービン３９ａの下流側へ迂回させる役割を担っている。
これにより、過給機３９自体の回転数が制御され、安定した吸気圧が得られるとともに、エンジン１０や過給機３９が保護されるようになっている。
【００３３】
また、エンジン１０は、クランクシャフト１６の回転に同期した信号を、ＥＣＵ６０に出力するクランク角センサ４９と、大気圧に応じた信号を、ＥＣＵ６０に出力する大気圧センサ５０とを備えている。
【００３４】
本実施形態におけるＥＣＵ６０は、触媒床温度算出手段６１および過昇温防止制御手段６２を有している。
触媒床温度算出手段６１は、圧力条件判定部６３と、触媒床温度推定部６４と、スカベンジング領域判定部６５と、スカベンジング量算出部６６と、触媒床温度補正部６８とを含んで構成され、また、過昇温防止制御手段６２は、触媒床温度判定部６９と、触媒床温度制御部８０とを含んで構成されている。
【００３５】
ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、処理部７０、記憶部７１および入出力部７２を有している。これら処理部７０、記憶部７１、および入出力部７２は、信号の受け渡しができるように相互に接続されており、図３に示す触媒床温度算出および触媒床過昇温防止制御を実行するようになっている。
【００３６】
処理部７０は、図示されていないメモリおよびＣＰＵ（Central Processing unit）からなり、前述した圧力条件判定部６３、触媒床温度推定部６４、スカベンジング領域判定部６５、スカベンジング量算出部６６および触媒床温度補正部６８を含んで構成される触媒床温度算出手段６１と、触媒床温度判定部６９および触媒床温度制御部８０とを含んで構成される過昇温防止制御手段６２とを有している。
記憶部７１には、エンジン１０の各部を制御するコンピュータプログラムおよび触媒床過昇温防止制御に必要なマップ等が格納されている。この記憶部７１は、例えば、ハードディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、あるいは、これらの組み合わせにより構成されている。
入出力部７２には、エンジン１０の各部を駆動する駆動回路（図示せず）、前述したカムポジションセンサ３５、３６、エアフローセンサ４１、温度センサ４２、吸気圧センサ４５、クランク角センサ４９および大気圧センサ５０等が接続されている。この入出力部７２は、各センサ３５、３６、４１、４２、４５、４９、５０から信号を受け、また、駆動回路に信号を送るようになっている。
【００３７】
圧力条件判定部６３は、吸気圧センサ４５により得られる吸気圧Ｐｉｍと、大気圧センサ５０により得られる大気圧、すなわち、背圧ＢＰとを比較して、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っているか否かを判定するように構成されている。
触媒床温度推定部６４は、エンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷ＬＤｅ（体積効率ＶＥ）とに基づき、触媒床温度etempcatを推定するように構成されている。
具体的には、クランク角センサ４９により得られるクランク角からエンジン回転数Ｎｅを求め、エアフローセンサ４１により得られる吸気量を、温度センサ４２により得られる吸気温度に基づいて補正し、エンジン１０の体積効率ＶＥを求めている。
さらに、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅから排気温度を求め、この排気温度と、予め把握してある触媒担体４６ａの熱容量とに基づき、触媒担体４６ａの温度変化量を逐次推定し、この温度変化量を積算した値を、触媒床温度etempcatとするようになっている。
スカベンジング領域判定部６５は、圧力条件判定部６３において吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っていると判定された場合（Ｐｉｍ＞ＢＰ）に、触媒床温度推定部６４において求めたエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅを基に、図４に示すエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ＬＤｅとの関係を表したマップから、エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれているか否かを判定するように構成されている。
【００３８】
スカベンジング量算出部６６は、スカベンジング領域判定部６５においてエンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていると判定された場合に、カムポジションセンサ３５、３６からの信号によってバルブオーバーラップ量Δｔを求め、図５に示すバルブオーバーラップ量Δｔと吸入空気のスカベンジング量Gascaとの関係を表したマップから、スカベンジング量Gascaを算出するように構成されている。
触媒床温度補正部６８は、スカベンジング量算出部６６において求めたスカベンジング量Gascaを基に、図６に示す吸入空気のスカベンジング量Gascaとスカベンジングによる触媒床温度上昇分etempcatscaとの関係を表したマップから、触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出するように構成されている。
具体的には、触媒床温度推定部６４において求めた触媒床温度etempcatに、触媒床温度上昇分etempcatscaを加算した補正触媒床温度を、補正触媒床温度etempcatscamとしている。
【００３９】
触媒床温度判定部６９は、触媒床温度補正部６８において求めた補正触媒床温度etempcatscamと、予め設定されている設定温度（例えば、９４０℃）とを比較して、補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っているか否かを判定するように構成されている。
触媒床温度制御部８０は、前述した触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っていると判定された場合（etempcatscam＞設定温度）に、インジェクタ２７による燃料噴射量を増量して、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とするように構成されている。
すなわち、燃焼する混合気の酸素濃度を減少させ、燃焼時に過剰な燃料が熱分解して生じる吸熱効果により、排気温度を低下させるようになっている。
【００４０】
次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の作動を説明する。
【００４１】
エンジン１０が稼働している際に圧力条件判定部６３は、吸気圧センサ４５により得られる吸気圧Ｐｉｍと、大気圧センサ５０により得られる大気圧、すなわち、背圧ＢＰとを比較して、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
触媒床温度推定部６４は、圧力条件判定部６３において吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っていると判定された場合（Ｐｉｍ＞ＢＰ）（ステップＳ１０１;Ｙｅｓ）に、エンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷ＬＤｅ（体積効率ＶＥ）とに基づき、触媒床温度etempcatを推定する（ステップＳ１０２）。
エンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサ４９により得たクランク角から求められる。体積効率ＶＥは、エアフローセンサ４１により得た吸気量を、温度センサ４２により得た吸気温度に基づいて補正することにより求められる。
さらに、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅから求めた排気温度と、予め把握してある触媒担体４６ａの熱容量とに基づき、触媒担体４６ａの温度変化量を逐次推定し、この温度変化量を積算した値を、触媒床温度etempcatとしている。
スカベンジング領域判定部６５は、触媒床温度推定部６４において求めたエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅを基に、図４に示すエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ＬＤｅとの関係を表したマップから、エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
スカベンジング量算出部６６は、スカベンジング領域判定部６５においてエンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていると判定された場合（ステップＳ１０３;Ｙｅｓ）に、カムポジションセンサ３５、３６からの信号によってバルブオーバーラップ量Δｔを求め、図５に示すバルブオーバーラップ量Δｔと吸入空気のスカベンジング量Gascaとの関係を表したマップから、スカベンジング量Gascaを算出する（ステップＳ１０４）。
触媒床温度補正部６８は、スカベンジング量算出部６６において求めたスカベンジング量Gascaを基に、図６に示す吸入空気のスカベンジング量Gascaとスカベンジングによる触媒床温度上昇分etempcatscaとの関係を表したマップから、触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出する（ステップＳ１０６）。
具体的には、触媒床温度推定部６４において求めた触媒床温度etempcatに、触媒床温度上昇分etempcatscaを加算した値を、補正触媒床温度etempcatscamとしている。
【００４３】
触媒床温度判定部６９は、触媒床温度補正部６８において求めた補正触媒床温度etempcatscamと、予め設定されている設定温度（例えば、９４０℃）とを比較して、補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
触媒床温度制御部８０は、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っていると判定された場合（etempcatscam＞設定温度）（ステップＳ１０７;Ｙｅｓ）に、インジェクタ２７による燃料噴射量を増量して、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とする。
すなわち、燃焼室１８で燃焼する混合気の酸素濃度が減少し、燃焼時に過剰な燃料が熱分解して生じる吸熱効果により、触媒コンバータ４６における触媒担体４６ａの排気流路に流れ込む排気の温度が低下する。この結果、触媒床温度の過剰な上昇が回避され、触媒担体４６ａに担持されている触媒の劣化を抑制することができる。
また、触媒床温度制御部８０は、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度以下であると判定された場合（etempcatscam≦設定温度）（ステップＳ１０７;Ｎｏ）には、インジェクタ２７による燃料噴射量の増量を行わない。
【００４４】
なお、圧力条件判定部６３において吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰ以下であると判定された場合（Ｐｉｍ≦ＢＰ）（ステップＳ１０１;Ｎｏ）、スカベンジング領域判定部６５においてエンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていないと判定された場合（ステップＳ１０３;Ｎｏ）、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度以下であると判定された場合（etempcatscam≦設定温度）（ステップＳ１０７;Ｎｏ）には、触媒床温度算出処理は、メインルーチンに戻る。
すなわち、燃焼室１８における混合気がリッチ状態になって、触媒コンバータ４６における触媒床温度が設定温度以下になると、触媒床温度算出処理はメインルーチンに戻るので、触媒床温度制御部８０は、触媒床過昇温防止制御を実行しない。
【００４５】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、ＥＣＵ６０において、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っていると判定した場合（Ｐｉｍ＞ＢＰ）に、触媒床温度etempcatを推定する。
次いで、エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていると判定した場合に、吸入空気のスカベンジング量Gascaを算出し、触媒床温度上昇分etempcatscaを求めて、補正触媒床温度etempcatscamを算出する。
さらに、補正触媒床温度etempcatscamが、予め設定されている設定温度を上回っていると判定された場合（etempcatscam＞設定温度）に、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とする。
この一連の処理が行われると、燃焼室１８で燃焼する混合気の酸素濃度が減少し、燃焼時に過剰な燃料が熱分解して生じる吸熱効果により、触媒コンバータ４６における触媒担体４６ａの排気流路に流れ込む排気の温度が低下する。これにより、触媒床温度の過剰な上昇が回避され、触媒担体４６ａに担持されている触媒の劣化を抑制することができる。
【００４６】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る内燃機関の制御装置を示すものであり、図中、図１、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。この内燃機関の制御装置が適用されるエンジン１０は、電子制御ユニット（Electric Control Unit：以下、ＥＣＵという）６０を有しており、ＥＣＵ６０は、エンジン１０の各部を制御するようになっている。
【００４７】
本実施形態におけるＥＣＵ６０は、触媒床温度算出手段６１および過昇温防止制御手段６２を有している。
触媒床温度算出手段６１は、圧力条件判定部６３と、触媒床温度推定部６４と、スカベンジング領域判定部６５と、スカベンジング量算出部６６と、高地補正係数算出部６７と、触媒床温度補正部６８とを含んで構成され、また、過昇温防止制御手段６２は、触媒床温度判定部６９と、触媒床温度制御部８０とを含んで構成されている。
図７における触媒床温度算出手段６１は、高地補正係数算出部６７を設けた点で、図２における触媒床温度算出手段６１と相違している。
【００４８】
ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、処理部７０、記憶部７１および入出力部７２を有している。これら処理部７０、記憶部７１、および入出力部７２は、信号の受け渡しができるように相互に接続されており、図８、図９に示す触媒床温度算出および触媒床過昇温防止制御を実行するようになっている。
【００４９】
処理部７０は、図示されていないメモリおよびＣＰＵ（Central Processing unit）からなり、前述した圧力条件判定部６３、触媒床温度推定部６４、スカベンジング領域判定部６５、スカベンジング量算出部６６、高地補正係数算出部６７および触媒床温度補正部６８を含んで構成される触媒床温度算出手段６１と、触媒床温度判定部６９および触媒床温度制御部８０とを含んで構成される過昇温防止制御手段６２とを有している。
記憶部７１は、図２に示すものと同様に構成されている。入出力部７２は、図２に示すものと同様に構成され、カムポジションセンサ３５、３６、エアフローセンサ４１、温度センサ４２、吸気圧センサ４５、クランク角センサ４９および大気圧センサ５０から信号を受け、エンジン１０の各部を駆動する駆動回路（図示せず）に信号を送るようになっている。
【００５０】
圧力条件判定部６３は、図２に示すものと同様に構成され、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っているか否かを判定するようになっている。触媒床温度推定部６４は、図２に示すものと同様に構成され、触媒床温度etempcatを推定するようになっている。
スカベンジング領域判定部６５は、図２に示すものと同様に構成され、圧力条件判定部６３において吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っていると判定された場合（Ｐｉｍ＞ＢＰ）に、触媒床温度推定部６４において求めたエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅを基に、図４に示すエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ＬＤｅとの関係を表したマップから、エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれているか否かを判定するようになっている。
スカベンジング量算出部６６は、図２に示すものと同様に構成され、スカベンジング領域判定部６５においてエンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていると判定された場合に、カムポジションセンサ３５、３６からの信号によってバルブオーバーラップ量Δｔを求め、図５に示すバルブオーバーラップ量Δｔと吸入空気のスカベンジング量Gascaとの関係を表したマップから、スカベンジング量Gascaを算出するようになっている。
【００５１】
高地補正係数算出部６７は、大気圧センサ５０により得られる高地大気圧（実測気圧）を平地大気圧（標準気圧）で除算し、高地補正係数Ｃｐを算出するように構成されている。高地補正係数Ｃｐは、車両が存在している地点の標高が高くなるほど小さくなる。これは、高度に応じて実測気圧が低くなるからである。
例えば、車両が標高１６００メートル地点に存在した場合、その地点における高地大気圧は６２５ｍｍＨｇであるから、６２５ｍｍＨｇを平地大気圧である７６０ｍｍＨｇで除算すると、高地補正係数Ｃｐ≒０．８２となる。車両が平地に存在している場合、実測気圧は標準気圧と等しいので、高地補正係数Ｃｐ＝１となる。この高地補正係数Ｃｐの算出は、所定時間ごとに行われるようになっている。
なお、ＣＧＳ系単位であるｍｍＨｇを国際単位系（ＳＩ単位系）のｈＰａに換算すると、６２５ｍｍＨｇ＝８３３．２６ｈＰａ、７６０ｍｍＨｇ＝１０１３．２５ｈＰａになる。
【００５２】
触媒床温度補正部６８は、スカベンジング量算出部６６において求めたスカベンジング量Gascaを基に、図６に示す吸入空気のスカベンジング量Gascaとスカベンジングによる触媒床温度上昇分etempcatscaとの関係を表したマップから、触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出するように構成されている。
具体的には、触媒床温度上昇分etempcatscaを、高地補正係数算出部６７において求めた高地補正係数Ｃｐで除算し、触媒床温度推定部６４において求めた触媒床温度etempcatに、触媒床温度上昇分etempcatsca／高地補正係数Ｃｐを加算した値を、補正触媒床温度etempcatscamとしている。
【００５３】
触媒床温度判定部６９は、図２に示すものと同様に構成され、補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っているか否かを判定するようになっている。
触媒床温度制御部８０は、図２に示すものと同様に構成され、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っていると判定された場合に、インジェクタ２７による燃料噴射量を増量して、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とするように構成されている。
すなわち、燃焼する混合気の酸素濃度を減少させ、燃焼時に過剰な燃料が熱分解して生じる吸熱効果により、排気温度を低下させるようになっている。
【００５４】
次に、図８を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の作動を説明する。
【００５５】
エンジン１０が稼働している際に圧力条件判定部６３は、図３に示すフローチャートと同様に、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
触媒床温度推定部６４は、図８に示すフローチャートと同様に、圧力条件判定部６３において気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っていると判定された場合（Ｐｉｍ＞ＢＰ）（ステップＳ１０１;Ｙｅｓ）に、触媒床温度etempcatを推定する（ステップＳ１０２）。
スカベンジング領域判定部６５は、図３に示すフローチャートと同様に、触媒床温度推定部６４において求めたエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷ＬＤｅを基に、図４に示すエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ＬＤｅとの関係を表したマップから、エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
スカベンジング量算出部６６は、図３に示すフローチャートと同様に、スカベンジング領域判定部６５においてエンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていると判定された場合（ステップＳ１０３;Ｙｅｓ）に、カムポジションセンサ３５、３６からの信号によってバルブオーバーラップ量Δｔを求め、図５に示すバルブオーバーラップ量Δｔと吸入空気のスカベンジング量Gascaとの関係を表したマップから、スカベンジング量Gascaを算出する（ステップＳ１０４）。
【００５６】
高地補正係数算出部６７は、大気圧センサ５０により得られる高地大気圧（実測気圧）を平地大気圧（標準気圧）で除算し、高地補正係数Ｃｐを算出する（ステップＳ１０５）。
触媒床温度補正部６８は、スカベンジング量算出部６６において求めたスカベンジング量Gascaを基に、図６に示す吸入空気のスカベンジング量Gascaとスカベンジングによる触媒床温度上昇分etempcatscaとの関係を表したマップから、触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出する（ステップＳ１０６）。
具体的には、触媒床温度上昇分etempcatscaを、高地補正係数算出部６７において求めた高地補正係数Ｃｐで除算し、触媒床温度推定部６４において求めた触媒床温度etempcatに、触媒床温度上昇分etempcatsca／高地補正係数Ｃｐを加算した値を、補正触媒床温度etempcatscamとしている。
【００５７】
触媒床温度判定部６９は、図３に示すフローチャートと同様に、補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
触媒床温度制御部８０は、図３に示すフローチャートと同様に、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っていると判定された場合（ステップＳ１０７;Ｙｅｓ）に、インジェクタ２７による燃料噴射量を増量して、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とする。
すなわち、燃焼室１８で燃焼する混合気の酸素濃度が減少し、燃焼時に過剰な燃料が熱分解して生じる吸熱効果により、触媒コンバータ４６における触媒担体４６ａの排気流路に流れ込む排気の温度が低下する。この結果、触媒床温度の過剰な上昇が回避され、触媒担体４６ａに担持されている触媒の劣化を抑制することができる。
また、触媒床温度制御部８０は、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度以下であると判定された場合（ステップＳ１０７;Ｎｏ）には、インジェクタ２７による燃料噴射量の増量を行わない。
【００５８】
本実施形態では、高地補正係数算出部６７によって高地補正係数Ｃｐを算出し、車両が存在している地点の標高に応じた触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出するので、内燃機関を搭載した車両が存在している地点における触媒床温度上昇分を的確に求めることができ、その結果、触媒床温度の検出精度が向上する。
【００５９】
なお、図３に示すフローチャートと同様に、圧力条件判定部６３において吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰ以下であると判定された場合（Ｐｉｍ≦ＢＰ）（ステップＳ１０１;Ｎｏ）、スカベンジング領域判定部６５においてエンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていないと判定された場合（ステップＳ１０３;Ｎｏ）、触媒床温度判定部６９において補正触媒床温度etempcatscamが設定温度以下であると判定された場合（etempcatscam≦設定温度）（ステップＳ１０７;Ｎｏ）には、触媒床温度算出処理は、メインルーチンに戻る。
よって、燃焼室１８における混合気がリッチ状態になり、触媒コンバータ４６における触媒床温度が設定温度以下になると、触媒床温度算出処理はメインルーチンに戻るので、過昇温防止制御手段６２は、触媒床過昇温防止制御を実行しない。
【００６０】
図９は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の作動を示すタイムチャートであって、車両が平地から標高１６００ｍの高地へ走行する過程を表すものである。車両が平地に存在している場合、実測気圧は標準気圧と等しいので、高地補正係数Ｃｐ＝１となる。
車両が登坂を開始すると、車両が存在している地点の標高が高くなるほど、高地補正係数Ｃｐは小さくなり、車両が標高１６００メートルの地点に到達すると、前述したように、高地補正係数Ｃｐ≒０．８２となる。高地補正係数Ｃｐの算出は、高地補正係数算出部６７によって所定時間ごとに行われる。
【００６１】
車両の登坂により、車両が存在している地点の標高が高くなると、大気圧の低下に追従して背圧ＢＰが下がり、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回る場合がある。このように、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回ったときには、触媒床温度etempcatが触媒床温度推定部６４によって推定される。
また、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回ると、吸入空気が吸気通路３７からエンジン１０の気筒１３を経て排気通路３８へ吹き抜けるスカベンジングが発生する。エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれているか否かの判定、すなわち、スカベンジング領域判定が、スカベンジング領域判定部６５によって行われる。
【００６２】
エンジン１０においてスカベンジングが発生すると、排気に含まれている未燃の炭化水素や一酸化炭素と、吸入空気に含まれている酸素とが、気筒１３から排気通路３８へと流れ、これらが触媒担体４６ａに担持されている触媒により反応し、触媒床温度が上昇する。
よって、現実的な触媒床温度は、触媒床温度etempcatから乖離し始める。このとき、補正触媒床温度etempcatscamが触媒床温度補正部６８によって算出される。
【００６３】
さらに、補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っているか否かの判定が、触媒床温度判定部６９によって行われる。補正触媒床温度etempcatscamが設定温度を上回っている場合には、排気温度を低下させるための制御、つまり、過昇温防止制御が、触媒床温度制御部８０によって実行される。
具体的には、インジェクタ２７による燃料噴射量を増量して、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とする。これにより、前述したように、触媒コンバータ４６における触媒担体４６ａの排気流路に流れ込む排気の温度が低下することになる。
【００６４】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、ＥＣＵ６０において、吸気圧Ｐｉｍが背圧ＢＰを上回っていると判定した場合（Ｐｉｍ＞ＢＰ）に、触媒床温度etempcatを推定する。
次いで、エンジン１０の運転状態がスカベンジング領域に含まれていると判定した場合に、吸入空気のスカベンジング量Gascaを算出し、触媒床温度上昇分etempcatscaを求めるとともに、実測気圧に基づき高地補正係数を求めて、補正触媒床温度etempcatscamを算出する。
さらに、補正触媒床温度etempcatscamが、予め設定されている設定温度を上回っていると判定された場合（etempcatscam＞設定温度）に、燃焼室１８における混合気をリッチ状態とする。
この一連の処理が行われると、燃焼室１８で燃焼する混合気の酸素濃度が減少し、燃焼時に過剰な燃料が熱分解して生じる吸熱効果により、触媒コンバータ４６における触媒担体４６ａの排気流路に流れ込む排気の温度が低下する。これにより、触媒床温度の過剰な上昇が回避され、触媒担体４６ａに担持されている触媒の劣化を抑制することができる。
さらに、高地補正係数算出部６７によって高地補正係数Ｃｐを算出し、車両が存在している地点の標高に応じた触媒床温度上昇分etempcatscaを求め、補正触媒床温度etempcatscamを算出するので、標高が高い地点における触媒床温度の過剰な上昇を回避することができる。
【００６５】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、触媒床温度の過剰な上昇を防止できるという効果を奏するものであり、内燃機関の制御装置全般に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  エンジン（内燃機関）
３８  排気通路
４６ａ  触媒担体
６４  触媒床温度推定部
６５  スカベンジング領域判定部
６６  スカベンジング量算出部
６７  高地補正係数算出部
６８  触媒床温度補正部
６９  触媒床温度判定部
８０  触媒床温度制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013221427.tif 000009
【図８】
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【図９】
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